高中物理 4.3 势能同步素材 教科版必修2.doc

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1、4.3势能一、重力势能（一）重力势能的表达形式　　1、思考：　　伽利略双斜面实验中，我们找到小球运动过程中一个守恒的量：。在追寻守恒量一节中，我们指出2gh这一项与物体的势能有关，并且指出：势能是相互作用的物体间凭借其相对位置而具有的能量。这里的相互作用是重力，因此这种能量称为重力势能。那么，重力势能的表达形式是什么样的呢？　　一个粉笔，放在不同的高度，自由释放后砸在你的脑袋上感觉是不同的，越高的话，感觉越痛。说明在更高处的粉笔具有更大的能量，释放出来后可以对人造成更大的伤害。说明重力势能与高度h有关。不同质量的粉笔放在同一个高度，释放

2、后砸在身上的感觉也是不同的，说明重力势能与质量m也有关。　　从这些生活直观感受，我们意识到影响重力势能的两个因素是：h和m。这两个因素如何组合，就是重力势能的表达形式呢？从什么角度考虑，我们能够定义出重力势能的表达形式呢？　　我们知道，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。能量转移和转化的多少，我们是用功来量度的。功度量了能量变化的多少。那么我们定义的重力势能，初、末两个状态下重力势能的变化应该能够用重力做的功来度量。因为我们应该从重力做功的角度出发，寻找重力势能的表达形式。　

3、　2、重力做功的特点：　　　　　　　　　　　　　　　　　重力做功与路径无关，只与初末位置有关。上图显示的物体m由A运动到B的过程，重力做功为：。将进行恒等变形，得到。　　与数学上是完全相同的，但是物理含义上发生了巨大变化。中，是一个过程量，对应一个变化过程才有的量，这样求出的重力做功是按照功的定义，研究一个过程得到的结果。但是中，右边的和是两个状态量，这个式子显示了一个过程重力做的功可以写成两个状态量的差值。　　如果我们定义6用心爱心专心表示物体在一个状态下的重力势能，那么由A运动到B的过程中，重力做的功正好反映了重力势能的变化多少。由

4、此我们得到了重力势能的表达形式。　　3、重力势能：　　定义：为重力势能，单位：焦耳（J）　　【注意】定义式中的各个量必须取国际单位，重力势能的单位才是焦耳。　　4、思考：能否同样的定义出一个“摩擦势能”？　　我们之所以能够定义出重力势能，原因之一是重力做功与路径无关。为什么这样说呢？回忆势能的表述，势能是物体凭借其位置而具有的能量。因此在同一个位置，同一个物体的势能一定是一个确定的值。想象物体m在竖直平面内转动一圈，回到出发点，那么初末位置相同，因此初末重力势能相同，势能变化是0；而这个过程重力做功也确实是0，因此是协调统一的。而摩擦力

5、做功是与路径有关的，想象在一个水平面上，一个物体转动一小圈和一大圈回到出发点，两次滑动摩擦力做功是不同的，而都是回到出发点，初末位置是相同，因此相应的“摩擦势能”应该没有变化，所以无法找到这样一个“摩擦势能”来，使它的变化用摩擦力做的功来度量。　　只有一个力做功与路径无关，只由初末位置决定的，这样的力才能定义出一个对应的势能来。比如，万有引力，以后学习的库仑力做功都与路径无关，都相应的有一个势能。（二）重力做功与重力势能变化的关系　　物体m做自由落体运动，有A运动到B，下落高度为h。这个过程中，重力做正功。再看看这个过程初末状态重力势能

6、大小，m在初始状态的位置比末态的位置高，因此重力势能在这个过程中是逐渐减小的。因此，可以总结出：　　（1）重力对物体做正功，物体的重力势能减小；　　（2）重力对物体做负功，物体的重力势能增大。　　可以这样理解：m在A位置蕴含有很多的能量——重力势能，通过重力做正功这种形式，将m所蕴含的能量释放出来，变成其它形式的能量。那么自然m具有的重力势能就减小了。所以重力对物体做正功，物体的重力势能减小。　　也可以从公式上来看：　　重力做正功，，，末态势能小于初态势能，说明重力势能减小了；　　重力做负功，，，末态势能大于初态势能，说明重力势能增大。

7、　　在重力做正功的过程中，减小的重力势能数值上等于重力做的功。（三）重力势能的相对性　　1、思考：6用心爱心专心　　高层的楼房阳台上禁止放花盆，原因是什么？花盆放在高处，对路面上的行人是个安全隐患。因为它在高处，就蕴含有很多的势能，这些能量释放出来，会对行人造成很大的伤害。那为什么楼上的养花的人还是喜欢把花盆放在阳台上呢？除了花能够得到更多的阳光外，放在阳台上，对养花的人自己来说，它不是一个安全隐患。因为花盆所蕴含的势能对养花的人来说，不是那么的大，释放出来，最多不过砸一下自己的脚，造不成大的伤害。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

8、　　对放同一个位置处的花盆，在路面上的行人和楼房中养花人看来，它的威胁不同，它所包含的能量——重力势能不同。说明重力势能大小是相对的。　　从重力势能的表达式看，高度h是相对的，因此重力势能也必定是相对的。